Şebeke bağlantılı fotovoltaik elektrik üretim sisteminin şebekeye senkron olarak bağlanılması ve güç kalitesi unsurlarının standart sınırlar içinde tutulması önemli bir konudur. Fotovoltaik enerji santralinin şebekeyle birlikte sorunsuz bir şekilde çalışması için harmoniklerin belirli sınırlar içinde olması, şebekede sınırların üzerinde oluşabilecek gerilim değişimlerinin engellenmesi, anahtarlama ve anlık devreye girme olaylarında şebekede oluşabilecek problemlerin en az düzeye indirilmesi gerekmektedir.
Fotovoltaik sistemin şebeke üzerinde gösterebileceği etkiler değerlendirildikten sonra sistemin şebeke bağlantısı yapılmalıdır. Şebekenin olumsuz etkilenmemesi için fotovoltaik sistemin bağlantı yapılacağı şebekeyle senkronizasyonunun çok iyi olması gerekir. Fotovoltaik sistemler şebekeyle paralel çalışırken harmonikler ile güç faktörü belirli sınır değerin altında olmalı ve şebekeye doğru akım vermemelidir.
Elektrik dağıtım kuruluşunun, şebeke bağlantısı yapılacak sistemler için belirlediği hususlara (gerilim dengesizliği, ani gerilim değişimi, harmonik, frekans değişimi, arz güvenliği, maksimum güç talebi vb.) uyulmalıdır. Sistemde oluşan problemlerin giderilmemesi veya azaltılmaması durumunda sistem veriminin azalması, sistemde kullanılan elemanların bozulması, güç kalitesi sorunlarının yaşanması, maliyetin artması ve enerji kayıpları kaçınılmazdır. Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemler, hangi güçte olursa olsun şebekedeki arızalarda veya enerji kesilmelerinde şebekeden bağlantılarını ayıracak sistemleri bulundurmaları gerekir. Aksi takdirde herhangi bir arızadan veya enerji kesilmesinden şebeke ve fotovoltaik sistem olumsuz etkilenebilir.
Şebeke ile senkronizasyonu iyi bir şekilde sağlanmış ve elektrik dağıtım kuruluşunun belirlediği hususlara uygun olarak kurulmuş bir fotovoltaik enerji üretim santralinde ise ortaya çıkabilecek problemler yok denecek kadar azdır. Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemlerde, üretilen enerji yetmediğinde şebeke devreye girer ve yükün kesintisiz bir şekilde beslenmesi sağlanır. Sisteme yakın yerlerde tüketim olacağı için enerji çevriminin daha az olmasından dolayı kayıp minimum miktarda olur. Ayrıca şebekeye ek güç sağlanarak şebekenin yükü az da olsa hafifletilmiş olunur. Çift taraflı sayaç konularak, kullanım fazlası elektrik şebekeye satılabilir. Alan ve ışınım koşulları uygun olduğu sürece şebekeye bağlı elektrik üretim sistemi ile istenilen güçte elektrik enerjisi
82
üretimini sağlamak mümkündür. Görüldüğü gibi şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemlerin birçok avantajı olmasından dolayı öncelikli tercih sebebi olmaktadır.
Bununla birlikte ülkemiz için yeni iş sahalarının açılması bakımından da, fotovoltaik sektörünün geliştirilmesi ve fotovoltaik sistemlerin kullanımının daha da yaygınlaştırılması önemlidir.
Bu çalışmada, şebekeye bağlı fotovoltaik sistemin Matlab/Simulink programında simülasyonu yapılarak fotovoltaik sistemin şebekeye olan etkileri incelenmiştir. Gerçek cihazlar kullanılarak oluşturulan gerçek şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemde meydana gelen değişimlerin, simülasyon ortamında grafiksel olarak şekillerinin gösterimiyle kullanıcıların bilgi edinmeleri amaçlanmıştır. Ayrıca simülasyonda kullanılan her bir elemanın modellemesi detaylı bir şekilde anlatılmış olup elemanların parametrelerine ilişkin hesaplamalar yapılmıştır.
Simülasyonda 10’ar adet seri ve paralel modül bir araya getirilerek fotovoltaik sistem oluşturulmuş olup oluşturulan fotovoltaik modülün akım-gerilim ve güç-zaman grafiklerinin teoriye uygun olduğu gözlemlenmiştir. Daha sonra fotovoltaik modül çıkışındaki gerilimi yükseltmek amacıyla modül çıkışına DC/DC konverter (yükselten tip boost konverter), boost konverter çıkışına da 3 fazlı AC gerilim dalgası elde etmek amacıyla DC/AC evirici bağlanmıştır. Fotovoltaik sistemde konverterlerden dolayı harmonikler oluştuğu için oluşan bu harmonikleri en aza indirmek amacıyla DC/AC evirici_çıkışına_bir_filtre_bağlanmıştır.
___________________________________________
Bu şekilde oluşturulan fotovoltaik sistemin çıkışına yük ve bir breaker (kesici) bağlanmış olup kullanılan breaker (kesici) ile fotovoltaik sistem-şebeke arasındaki senkronizasyon süreci gözlemlenmiştir. Şebeke tarafında ise 0.4/34.5kV gerilim değerlerine sahip yıldız-üçgen trafo, 15 km’lik pi tipi enerji hattı ve 500 KVA’lık gerilim kaynağı kullanılmıştır.
Simülasyonda fotovoltaik sisteme, yüke ve şebekeye ayrı ayrı ölçüm bloğu bağlanarak her birine ait frekans, faz açısı ve gerilim ölçümleri yapılmış ve sistemin performansı analiz edilmiştir.
83
Yapılan ölçümlerde fotovoltaik sistem ile şebeke arasındaki senkronizasyonun 0.25’inci saniyeden itibaren gerçekleştiği gözlemlendiği için simülasyonda kullanılan breaker (kesici), 0.25’inci saniyede kapatılarak fotovoltaik sistem ile şebeke arasındaki bağlantı gerçekleştirilmiştir. Senkronizasyon gerçekleştikten sonra frekansın, faz açısının ve gerilimin istenen değerlerde sabitlendiği gözlemlenmiş ve bunların her birine ait grafiksel olarak şekiller elde edilmiştir.
Genellikle geceleri yük azalmasına bağlı olarak şebekede gerilim artışları meydana gelmekte olup gerçekte meydana gelen bu artışlar, simülasyon ortamında da şebeke yüksüz durumda iken (senkronizasyon öncesi kesici açık konumda iken) yapılan şebeke üzerindeki gerilim ölçümlerinde gözlemlenmiştir. Yük devreye alındığında ise şebeke üzerindeki gerilim artışlarının kaybolduğu ve gerilim değerinin istenen değere ulaştığı görülmüştür.
Bununla birlikte fotovoltaik sistemlerde konverterlerden kaynaklanan harmonikler Matlab/Simulink FFT Analiz bölümünde ölçülmüş ve tasarlanan filtre ile harmoniklerin uluslararası standartlara uygun olacak şekilde en aza indirildiği gözlemlenmiştir.
Burada öneri olarak, şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemlerin kullanımı her geçen gün arttığı için fotovoltaik sistemlerin şebekeye etkileri ve güç kalitesini arttırma yolları üzerine daha detaylı çalışmalar yapılmalıdır.
Fotovoltaik sistemlerin kullanımı daha da yaygınlaştırılmalı ve fotovoltaik sistemlere yönelik geliştirme çalışmaları arttırılmalıdır. Fotovoltaik sistemde konverterler gibi güç kalitesini olumsuz yönde etkileyen elemanların özellikleri iyi bilinmeli, gerekirse bu elemanları geliştirme yoluna gidilmelidir. Sistemde kullanılacak olan her bir eleman, sistem özelliklerine uygun olarak sisteme ve şebekeye en iyi uyum sağlayacak şekilde seçilmelidir. Sistemde ne kadar çok problem giderilirse o kadar çok verimin artacağı ve kayıpların azalacağı unutulmamalıdır.
84